化学分析中HPLC方法的选择

译者前言

高效液相色谱（HPLC）技术在分析化学中的地位无须赘述。HPLC分析工作者在实践中面对的主要问题就是：针对特定研究对象，如何在可获得的仪器、设备及耗材中选择合适的分析方法。一般来讲，这种选择，或者是源自经验，或者是源自文献报道。而终方法的开发，一定是建立在实践，即实验现象的基础上。

可是，无论是我们现代大学阶段分析化学专业的课程设置，还是仪器供应商对于仪器和耗材的详细说明，甚至是仪器使用培训，又或者是其他类相关的书籍，由于侧重点不同，都缺少对于方法开发较为详尽和系统的介绍。要选择和开发一种合适的HPLC方法，不仅仅要看到实验现象，更要透过现象去看方法的本质，这对于方法的选择更为重要。《化学分析中HPLC方法的选择》实际上填补了这一领域的空白。对于初入分析行业的毕业生，专门从事色谱研究的研究人员，或者是专业的色谱柱开发人员，如果想要用好HPLC，都可以在本书的相关内容中找到有用的答案。

本书从分析方法的总体出发，在照顾到各种类型分析方法的同时，突出了HPLC方法的地位和作用；而后，紧扣HPLC方法的选择这一主题，针对仪器构造、工作原理、特征参数及其相互关系的多个方面，对该方法进行了详细的介绍；从第6章开始，对非常广泛的、不同类型HPLC的分析柱进行了剖析；后是关于HPLC中特有的流动相和梯度的讨论。本书在内容方面虽然更侧重于理论，但是语言浅显易懂，讲解深入浅出，使得内容并不艰涩。

随着时间改变，HPLC技术也在不断地发展，一些新的、打破常规思维的技术也在相继涌出。学科的发展都是交互的，我们期待变革，我们更拥抱变革。

本书的翻译主要由国家烟草质量监督检验中心、浙江方圆检测集团股份有限公司及浙江树人大学的相关工作人员完成，译者们长期从事HPLC分析工作，具有扎实的专业基础知识。译者在翻译中，始终保持端正认真的工作态度，力求实现“作者的原意、译者的理解、受者的感悟”三者之间的相互融合，但是受限于时间及能力水平，译文中会出现疏漏和不妥之处，恳请读者批评指正。

后，感谢化学工业出版社的编辑对本书出版所做的工作和努力。

王  颖         

2021年6月于郑州    

前言

高效液相色谱（HPLC）可能是分析化学领域应用多的一项技术。在同行评审的期刊、书籍、制造商目录和互联网上，都提供了大量有关HPLC的信息。从众多来源中为给定目标选择合适的HPLC方法是一项具有挑战性的任务。此外，随着仪器和新型色谱材料的发展，新的、更具选择性和灵敏度高的HPLC方法可能不断涌现。虽然在这方面有许多零散的出版物，但是文献中还是缺乏对选择与开发HPLC方法与过程的一致性和连贯性介绍，本书尽可能对此进行弥补。当文献中有针对特定任务的相关方法时，它为选择适当的方法提供了标准；当文献没有对特定目标描述适合的方法时，它为新方法的建立提供了指导。本书意在针对HPLC方法的选择提供系统的、的材料。然而，HPLC技术也在不断发展中，只有近的文献才能捕捉到的技术。

本书总体上分为四个部分，部分介绍了在选择新的分析方法之前对于必要信息的收集。关于数据的统计分析、方法的验证标准，以及关于化学分析中使用的替代技术的一般性讨论也在这一部分进行介绍。这一部分还介绍了与其他分析技术相比较，HPLC作为分析方法时的优缺点。第二部分描述了HPLC的各个方面，如仪器、色谱分离的特征参数以及几种HPLC类型的保留机制。第三部分详细介绍了HPLC分析柱的特征，以及针对特定的分析任务，选择适宜分析柱的标准。本部分还对可能选择和使用的流动相进行了详细说明。本书的后一部分是一组表格，是关于色谱柱、溶剂和添加剂的详细信息。这些数据为选择或开发新的HPLC方法提供了重要的信息来源。

Owen Bussey，Crystal Byrd，Chelsea Cooke，Garry Dull，Anthony Gerardi，Christopher Junker，Carol Moldoveanu和Wayne Scott为改进本书材料的介绍提供了有益的建议帮助，笔者对此表示感激。笔者还要感谢Elsevier出版公司的编辑团队，Amy Clark，Maria Bernard和Kathryn Morrissey对本书出版所做的贡献。

编著者   

   《Selection of the HPLC method in chemical analysis原著作者为Serban C. Moldoveanu和Victor David。

  这是一本全面的介绍液相色谱理论和方法开发的指导性书籍。从高效液相色谱（HPLC）和分类和原理开始讲解，引出HPLC分析方法的选择。所涉内容包括：HPLC方法所面对的常见待测成分和基质特征，不同类型固定相的制备，自身特性与适用范围；流动相、添加剂的特性与选择。在附录中还按照分类详细列举了各种商品化的固定相及分析柱的参数。无论是对初入分析领域的学生，还是分析技术岗位上的检验人员，本书都具有较强的参考价值。有助于分析人员在了解、使用现有分析方法的同时，去开发更新的方法。

  Serban C.Moldoveanu博士是雷诺烟草控股公司的高级首席科学家。他的科研活动主要集中在色谱分析的多个方面，包括天然产物和烟气的GC/MS，HPLC以及LC/MS/MS分析方法的开发。他发表了130多篇文献。

Victor David博士是罗马尼亚布加勒斯特大学的教授，并且是分析化学系的主任。他发表了120多篇文献。

   王颖，郑州烟草研究院，高级工程师，研究方向：烟草、烟气、烟用材料化学分析；主要研究成果：毕业至今一直从事烟草、烟草制品及烟用材料化学分析检验，熟悉各种类型的色谱、质谱及光谱技术；负责和参与完成多个行业及国家标准制修订项目；申请发明专利和实用新型专利共计43项，且均获得授权；发表SCI、EI及国内核心期刊文章20多篇；出版译著和编著5本；获得行业标准贡献三等奖一项。

第1章  开始应用一个新的HPLC方法 1

1.1  收集信息，为新方法做准备 1

1.1.1  分析的目的 1

1.1.2  样品的一般信息 2

1.1.3  样品组成 3

1.1.4  结果的质量要求 5

1.1.5  仪器的可获得性、实验室的专业知识和资金 5

1.1.6  有关各种分析方法的信息 5

1.1.7  仪器的新发展 6

1.2  分析技术概述 7

1.2.1  样品采集 7

1.2.2  样品制备步骤 7

1.2.3  核心分析步骤 8

1.2.4  数据评估 10

1.2.5  定性和定量分析 10

1.2.6  一个分析方法选择的决定过程 12

1.3  数据的统计评估和标准方法验证 13

1.3.1  化学定量分析中的精密度和准确度 13

1.3.2  灵敏度和检测限 16

1.3.3  实际LOD和LOQ（PLOD和PLOQ） 20

1.3.4  仪器响应的线性和小二乘回归 20

1.3.5  两个分析方法所得结果的统计学比较 22

1.3.6  分析方法的验证 23

参考文献 26

第2章  不含独立分离步骤的分析技术简介 28

2.1  不含独立分离步骤的分析技术的分类总结 28

2.2  光学技术 28

2.2.1  吸收光谱 30

2.2.2  发射光谱 31

2.2.3  光学非光谱分析 33

2.3  质谱 33

2.3.1  电子撞击离子源 34

2.3.2  化学电离源 36

2.3.3  LC-MS中的电喷雾电离源和大气压化学电离源 36

2.3.4  其他的离子化技术 38

2.3.5  LC-MS中的离子抑制 38

2.3.6  质谱中的离子分离 39

2.4  电化学方法 41

2.4.1  电位法 42

2.4.2  安培法和库仑法 43

2.4.3  电导法 45

2.5  不包含样品组分分离的其他分析技术 45

2.5.1  X射线光谱 45

2.5.2  核磁共振 46

2.5.3  放射化学法 46

2.5.4  热分析法 46

2.6  非联结与包含分离步骤的分析方法的选择 47

参考文献 48

第3章  包含分离步骤的主要分析技术简介 50

3.1  核心分析技术中所使用的分离步骤的类型 50

3.1.1  色谱分离 50

3.1.2  分析色谱的在线固相萃取 54

3.1.3  电分离 54

3.1.4  膜分离 56

3.1.5  为核心分析步骤选择一个分离技术 56

3.2  气相色谱 57

3.2.1  典型的气相色谱仪 58

3.2.2  气相色谱的进样器 58

3.2.3  气相色谱柱温箱和分析柱 60

3.2.4  气相色谱的检测器 61

3.3  超临界流体色谱 62

3.4  高效液相色谱 64

3.4.1  根据分离机理对高效液相色谱进行分类 65

3.4.2  分析型高效液相色谱的其他分类 69

3.5  电泳和电色谱 70

3.5.1  电泳 70

3.5.2  电色谱法 72

3.6  气相色谱（GC）、超临界流体色谱（SFC）、区间电泳（CEZ）或高效液相色谱（HPLC）的选择 72

3.6.1  与HPLC对比，选择GC作为分析方法 72

3.6.2  与HPLC对比，选择SFC作为分析方法 74

3.6.3  与HPLC对比，选择CZE作为分析方法 74

3.6.4  选择HPLC作为分析方法的利弊 75

参考文献 76

第4章  HPLC技术的基础知识 79

4.1  HPLC仪器的基础知识 79

4.1.1  溶剂供应系统 80

4.1.2  泵系统和流动相 81

4.1.3  进样器和自动进样器 85

4.1.4  管道和接头 87

4.1.5  色谱柱 87

4.1.6  HPLC和UPLC的检测器的主要特点 90

4.1.7  HPLC和UPLC中使用的检测器类型 93

4.1.8  HPLC检测器的选择 104

4.1.9  HPLC系统的其他配件装置 107

4.1.10  更复杂的HPLC配置 108

4.1.11  仪器控制和数据处理单元 109

4.1.12  HPLC系统的选择以及HPLC到UPLC的发展 110

4.2  描述色谱过程的参数 110

4.2.1  流动相的流速 110

4.2.2  保留时间 111

4.2.3  运行时间 112

4.2.4  保留体积 112

4.2.5  迁移率 113

4.2.6  HPLC分离中的平衡常数和相比 114

4.2.7  保留因子 115

4.2.8  理想的色谱峰形特征 117

4.2.9  柱效 121

4.2.10  峰展宽的影响因素和van Deemter方程 122

4.2.11  不对称峰 125

4.2.12  选择性（分离因子） 126

4.2.13  分离度 127

4.2.14  峰容量 129

4.2.15  梯度分离的色谱峰特征 130

4.2.16  色谱峰特征小结 132

4.2.17  HPLC中的定量 132

4.2.18  色谱柱中的样品体积和进样量 135

4.3  不同类型HPLC的保留和洗脱机理 137

4.3.1  分配平衡及其热力学 137

4.3.2  吸附平衡 140

4.3.3  极性在分离机制中的作用 141

4.3.4  反相HPLC的机理 142

4.3.5  疏溶剂理论预测的RP-HPLC的保留因子 146

4.3.6  离子对色谱（IPC）的机理 149

4.3.7  正相HPLC（NP-HPLC或NPC）和HILIC的机理 150

4.3.8  离子交换色谱中的平衡 153

4.3.9  尺寸排阻色谱（SEC）的机理 155

4.3.10  手性色谱的机理 158

4.3.11  其他色谱类型的保留过程 162

4.4  pH、温度和添加剂对保留平衡的影响 162

4.4.1  pH值对保留平衡的影响 162

4.4.2  温度对保留平衡的影响 165

4.4.3  未参与平衡的添加剂的影响 166

4.4.4  离液盐对平衡的影响 166

参考文献 167

第5章  待测成分和基质特征决定HPLC方法的选择 173

5.1  与分离有关的物理化学性质 173

5.1.1  化学构成和结构 173

5.1.2  分子量 174

5.1.3  溶质的酸碱性 175

5.1.4  等电点 175

5.1.5  分子极性的一部分：偶极矩 175

5.1.6  分子极性的一部分：极化率 176

5.1.7  分子极性的一部分：氢键能力 176

5.1.8  辛醇/水分配系数及其在判断极性中的应用 176

5.1.9  摩尔体积 179

5.1.10  非电解质化合物的溶解度 179

5.1.11  范德华分子体积和表面积 182

5.2  与检测有关的物理化学性质 183

5.2.1  UV-Vis吸收 183

5.2.2  荧光 184

5.2.3  化学发光 185

5.2.4  折射率 185

5.2.5  质谱 186

5.2.6  电化学性质 186

5.3  基于样品特性选择HPLC分离 187

5.3.1  根据样品在日常生活中的用途进行分类 187

5.3.2  根据样品在日常生活中的用途进行分析方法的选择 191

5.4  基于待测成分特性选择HPLC分离 192

5.4.1  分析物的化学性质 192

5.4.2  酸碱中的pKa 195

5.4.3  辛醇/水分配系数 195

5.4.4  分析物的浓度 199

5.5  基于基质选择HPLC分离 200

5.5.1  基质的化学性质 200

5.5.2  基质的量 201

5.6  对样品特性进行考察，以选择适宜的HPLC检测器 204

5.6.1  定性或定量分析的检测器选择 205

5.6.2  基于分析物特定物理化学性质对检测器的选择 205

5.6.3  分析物浓度在HPLC检测选择中的作用 207

参考文献 208

第6章  HPLC分析柱的一般特征 212

6.1  HPLC分析柱的构成 212

6.1.1  色谱柱的外部柱体 212

6.1.2  色谱柱的填料 213

6.1.3  填充柱固相载体的物理特性 213

6.1.4  填充柱固相载体的化学特性 215

6.1.5  二氧化硅作为固定相的固相载体 216

6.1.6  硅胶基整体色谱柱 221

6.1.7  填充柱中的核-壳颗粒 222

6.1.8  二氧化硅固相载体的衍生化 223

6.1.9  不同于水合二氧化硅的无机载体固定相 228

6.1.10  有机聚合物作为固定相 228

6.1.11  固定相的理化特性研究 229

6.2  对分离有影响的分析柱的特性 229

6.2.1  柱体尺寸影响分离 230

6.2.2  固定相的物理性质对分离的影响 234

6.2.3  固定相的化学性质对分离的影响 238

6.2.4  采用辛醇/水分布系数表征固定相极性 241

6.2.5  USP色谱柱分类 244

6.3  分析柱选择、使用和保管的一般准则 244

6.3.1  色谱柱选择时需要考虑的参数 245

6.3.2  色谱柱选择标准总结 247

6.3.3  正交分离色谱柱的选择 248

6.3.4  柱的保护和保存 248

参考文献 250

第7章  RP-HPLC分析柱 254

7.1  反相固定相的类型及其制备方法 254

7.1.1  RP-HPLC中使用固定相的主要类型 254

7.1.2  RP固定相的制备 254

7.2  反